切割橡胶幅材的方法与流程

本发明涉及一种借助于超声切割橡胶幅材的方法。

背景技术：

切割橡胶幅材，例如用于生产轮胎。在轮胎的生产中，首先生产橡胶混合物，其组分取决于待生产轮胎提出的要求。通常，橡胶混合物包含约40％的天然或合成橡胶。通常添加其它填料，例如像是炭黑、硅酸盐和化学添加剂，以及白垩、油、树脂、促进剂、缓凝剂、混炼助剂、催化剂和硫磺。

将该混合物通过成形喷嘴注入到所谓的挤出机中，由此得到根据本发明的橡胶幅材。因此，术语“橡胶幅材”用于表示包含橡胶和可选地其它填料的材料幅材。

必须将该橡胶幅材定尺寸切割，以使生产轮胎的胎面、侧壁和其它结构元件。

已知使用具有切割刃的工具，启动该工具以产生超声振动，用于将橡胶幅材定尺寸切割。用于该目的的工具包括钛合金。它们经常设计和操作成使得它们以40khz的工作频率工作。

然而，在已知的用于切割橡胶幅材的超声切割机中，会观察到工具和驱动工具的转换器的高度磨损。此外，用工具可实现的切割是相当不规则的，使得要以正确的位置关系来重叠经切割的橡胶幅材的各端部仅可能是困难的。

此外，橡胶残留物经常留在工具上，并且因此必须在单独的清洁步骤中将它们移除。即使原则上借助超声波来切割橡胶幅材工作良好，但是所述问题也会增加与切割操作有关的成本。

技术实现要素：

因此，将所述现有技术作为基本出发点，本发明的目的是提供一种在本说明书的开始部分中所提出的类型的方法，其允许可靠地切割橡胶幅材，并且同时确保显著减少工具和转换器的磨损。

根据本发明，该目的通过使用由钢且实际上优选地为硬化钢制成的超声焊极作为工具来实现。

已经发现，迄今为止用于该应用场合的钛合金仅具有相对较差的导热性，并且超声焊极由于切割材料接触而被极大地加热。由于超声焊极材料的高工作温度，残留物仍然附着于其上，而这降低了切割质量，并且还导致设备的污染。

此外，尽管待加工的材料相对较软，但是钛合金显然太软，因为实际上发现发生了大量磨损，特别是导致在超声焊极切割刃处的小片破碎。

通过使用钢、优选地为cpm，即粉末冶金钢可以显著地减少超声切割设备的磨损。

在另一优选实施例中，使用具有楔形末端的超声焊极。在切割操作期间，楔形尖端与待切割的橡胶幅材接合，并且橡胶幅材和超声焊极相对于彼此运动，使得楔形末端切割贯穿橡胶幅材。

楔形末端优选地具有矩形的分离表面，该矩形的分离表面具有宽度和长度。分离表面是与橡胶幅材相对地定向的表面。在优选实施例中，矩形的分离表面的宽度为<0.2mm，并且最好在0.02mm和0.1mm之间。

由于所用的钢的导热率明显大于已知的钛合金的导热率，所以在切割操作期间超声焊极升温较少，而结果是更少的材料保持附着到超声焊极。

使用钢还具有的优点是：可以减小分离表面的长度，使得在优选实施例中，所述长度<60mm，优选地<50mm，并且特别优选地在25和35mm之间。

由于在切割刃或分离表面处所产生的热量基本上取决于切割速度，所以分离表面的长度的减小使得在导热性方面起作用的材料横截面减小，从而使得由超声焊极从材料幅材耗散的热量更少，而结果是超声焊极加热更多。因此，分离表面的长度也不应选择得太小。在任何情况下，超声焊极的长度必须大于或等于待切割的橡胶幅材的厚度。

通过使用至少在要与橡胶幅材接触的若干部分处经涂覆的超声焊极可进一步降低材料粘附到超声焊极的风险，其中优选地，使用非粘性涂层，诸如teflon涂层用作涂层。

在另一优选实施例中，规定超声焊极在切割操作期间冷却。例如，可借助于将冷却空气流引导到超声焊极上以实现对超声焊极的冷却。合适的冷却空气喷嘴可例如固定到转换器。

冷却超声焊极的方法步骤降低了橡胶材料被燃烧且对应的橡胶残留物粘附到超声焊极的风险。

在另一优选实施例中，超声焊极以＜38khz的超声频率被激励，其中优选地，激励频率在32至37khz之间，且特别优选地在34至36khz之间。

基本上，在恒定振幅下，超声焊极激励频率越高，在切割操作中超声处理效果的贡献就对应地越大。

因此，如在本说明书的开始部分中已提到的，通常激励频率在40khz的范围中。然而，在处理橡胶幅材时，这种频率似乎是不利的。即使迄今为止还没有完全研究出，使用40khz的超声频率显然会导致超声焊极和整个超声振动系统的严重应力。超声振动系统包括已经提到的超声焊极和转换器以及任选地设置在超声焊极和转换器之间的幅值变换器。超声振动系统整体进入声学超声振动状态。在转换器中设置的用于将交流电压转换成机械振动的压电模块在40khz的振动频率下并且在切割橡胶幅材时极度受载，这导致过早的失效。在此通过将激励频率降低到指定范围观察到显著的改进。

在另一优选实施例中，提供了一种用于将保持元件夹紧到转换器或幅值变换器的夹紧装置。因此，保持元件不是螺纹连接到超声振动单元上的，而是仅仅被夹紧于其上。然后，保持元件可固定到机架或馈送单元，使得可以通过保持元件的移动来相对于橡胶幅材馈送超声振动单元。

在另一优选实施例中，超声焊极和转换器布置在工具轴线上，其中，工具轴线与橡胶幅材上的法线的角度在30°至70°之间、优选地在40°至60°之间，且特别优选地为约50°。这产生了倾斜的切割刃，已经发现倾斜的切割刃对于经切割的橡胶幅材的进一步处理是有利的。

在另一个优选实施例中，分离表面的纵向方向与橡胶幅材的夹角在10°至20°之间、优选地在12°至16°之间，且特别优选地在14°至15°之间。如果现在超声焊极横向移动，也就是说在由工具轴线和垂直于工具轴线的分离表面的纵向方向所限定的平面中移动，则给出与指定的角度范围一致的切割角。

在另一优选实施例中，规定该方法以1.5至4mm/s、特别优选地为2至3mm/s，且最佳地为约2.5mm/s的切割速度执行。

附图说明

本发明的其它优点、特征和可能的用途将从下文对优选实施例的描述和相关附图中显现出来，附图中：

图1示出如用于根据本发明的方法的超声焊极的立体图，

图2示出图1所示的超声焊极的侧视图，

图3示出超声切割设备的分解视图，以及

图4和图5示出了图3所示的超声处理设备的两个立体图。

具体实施方式

图1示出了可用在根据本发明的方法中的超声焊极1的立体图。它由钢、更具体地是cpm420v制成。超声焊极1具有螺纹孔12，在该螺纹孔处可固定有与超声焊极1相邻的转换器或幅值变换器。长度为l的分隔表面以与螺纹孔12相对的关系布置在超声波焊极1的侧部上。

图2示出了图1所示的超声焊极1的侧视图。超声焊极1具有主体2和相邻的楔形部分3，在楔形部分的末端处设置有具有宽度b的分离表面。楔形部分3具有最佳为8°至15°之间的锥角α。

图3示出了用于切割橡胶幅材8的超声处理设备的分解视图。能够看到在图1和图2中详细示出的超声焊极1，其通过幅值变换器4连接到转换器5。转换器5将交流电压转换成机械振动。通常压电元件用于该目的。

由转换器产生的机械振动在幅值变换器中转换成相同频率下的振动，但是在一些情况下是具有不同振幅的振动。然后，振动被传递到超声焊极1，使得超声波从转换器5通过幅值变换器4传播到超声焊极1中。因此，分离表面、即，楔形元件3的末端呈现支持橡胶幅材8的切割的振动。为了保持由转换器5、幅值变换器4和超声焊极1组成的超声振动单元，存在保持元件6，然而该保持元件不是螺纹连接到该超声振动单元的。相反，保持元件6连接到具有向外突出的凸缘的中空圆柱体7。在凸缘中设置有一系列螺钉，这些螺钉一方面保持夹持元件13，而另一方面对保持元件6进行保持。

在此情况下，在幅值变换器的区域中实现夹紧，在该区域中形成超声振动的振动节点，以便通过夹紧作用而尽可能小地影响超声振动系统的振动特性。因此，幅值变换器在该区域内具有保持凸缘9。夹持元件13具有阶梯孔(未示出)，该阶梯孔的具有较小直径的孔部分的直径小于幅值变换器4的保持凸缘9的直径，从而在组装状态下，幅值变换器4在其保持凸缘9处被夹紧在夹持元件13与中空圆柱体7的固定凸缘之间。

图4和图5示出两个立体图。从图4中将可看出，分离表面包括与橡胶幅材8的平面所夹的切割角γ，其应优选地在4°和5°之间。

图5示出了超声振动系统的纵向轴线相对于橡胶幅材8的平面上的法线倾斜了角度β。

附图标记列表

1超声焊极

2主体

3楔形部分

4幅值变换器

5转换器

6保持元件

7中空圆柱体

8橡胶幅材

9保持凸缘

11固定凸缘

12螺纹孔

13夹持元件。